import java.util.Stack;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:排序,默认是升序
 * User: LianBao
 * Date: 2024-04-21
 * Time: 14:33
 */
public class Sort {

    /**
     * 1.插入排序
     * 时间复杂度:O(n^2)
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性:稳定的排序
     * 数据越有序越快
     *
     * @param array
     */
    public static void InsertSort(int[] array) {

        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
//                if (array[j] >= tmp) {不稳定了
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    public static void InsertSortRange(int[] array, int start, int end) {

        for (int i = start + 1; i <= end; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= start; j--) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + 1] = array[j];
                } else {
                    array[j + 1] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /* 2.希尔排序
    时间复杂度:时间复杂度取决于gap的取值
    空间复杂度:O(1)
    稳定性:不稳定
 */
    public static void ShellSort(int[] array) {
        int gap = array.length;
        //分成gap组,对每一组进行插入排序
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(array, gap);
        }
    }

    private static void shell(int[] array, int gap) {
        for (int i = gap; i < array.length; i++) {
            int tmp = array[i];
            int j = i - gap;
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {
                    array[j + gap] = tmp;
                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }
    /*3.选择排序
    时间复杂度:O(n^2)和数据是否有序无关
    空间复杂度:O(1)
    稳定性:不稳定
    */

    //从无序的序列中,选择一个最小的与无序序列的第一个交换
    public static void SelectSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(array, minIndex, i);
        }
    }

    /**
     * 4. 堆排序
     * 时间复杂度:O(n * log n)
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性:不稳定
     */
    public static void HeapSort(int[] array) {
        //先创建大堆
        createBigHeap(array);
        //
        int end = array.length - 1;
        while (end >= 0) {
            swap(array, 0, end);
            ShiftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    /**
     * 创建大根堆
     *
     * @param array
     */
    private static void createBigHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            ShiftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    /**
     * 向下调整
     *
     * @param array
     * @param parent
     * @param end
     */
    private static void ShiftDown(int[] array, int parent, int end) {
        int child = parent * 2 + 1;
        while (child < end) {
            if (child + 1 < end && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (array[child] > array[parent]) {
                swap(array, child, parent);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 4. 快速排序
     * 时间复杂度:均匀分割的情况下是 :O(n * log n),
     * 优化之后: n * log n,
     * 空间复杂度:O(log n)
     * 稳定性:不稳定
     */

    public static void QuickSort(int[] array) {
        quick(array, 0, array.length - 1);
    }

    /**
     * 递归法+Hoare法分割
     * n^2
     *
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     */
    private static void quick(int[] array, int start, int end) {
        if (start >= end) {
            return;
        }

        //优化1.三数取中法,返回中间的数的下标,作为基准
        //三数取中,将中间大的数字放到第一个位置
        int Index = midThreeNum(array, start, end);
        swap(array, Index, start);

        //优化2.递归到区间比较小的时候,使用插入排序

        if ((end - start + 1) < 8) {
            InsertSortRange(array, start, end);
            return;
        }

        //int pio = partitionHoare(array, start, end);
        int pio = partitionK(array, start, end);
        quick(array, start, pio - 1);
        quick(array, pio + 1, end);
    }

    /**
     * Hoare法找基准
     *
     * @return 返回基准的下标
     */
    private static int partitionHoare(int[] array, int start, int end) {
        int tmp = array[start];
        int i = start;
        while (start < end) {
            //1.array[end] >= tmp  不能不取等于号,举例:第一个和最后一个元素的值是一样的,就会死循环
            //2.必须先走右边:如果先走左边,会导致相遇的地方是比基准大的数据,
            //  交换完之后,会把大于基准的数据换到前面
            while (start < end && array[end] >= tmp) {
                end--;
            }
            while (start < end && array[start] <= tmp) {
                start++;
            }
            swap(array, start, end);
        }
        //start和end相遇了
        swap(array, i, end);
        return start;
    }

    /**
     * 挖坑法分割
     *
     * @return
     */
    private static int partitionK(int[] array, int start, int end) {
        int i = start;
        int tmp = array[start];
        while (start < end) {
            while (start < end && array[end] > tmp) {
                end--;
            }
            array[start] = array[end];
            while (start < end && array[start] < tmp) {
                start++;
            }
            array[end] = array[start];
        }
        array[start] = tmp;
        return start;
    }


    /**
     * 优化1.
     * 三数取中法,返回中间的数的下标,作为基准
     *
     * @param left
     * @param right
     * @return 返回下标
     */
    private static int midThreeNum(int[] array, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[mid] < array[left]) {
                return left;
            } else if (array[mid] > array[right]) {
                return right;
            } else {
                return mid;
            }
        } else {
            if (array[mid] < array[right]) {
                return right;
            } else if (array[mid] > array[left]) {
                return left;
            } else {
                return mid;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序非递归,使用栈
     *
     * @param array
     */
    public static void QuickSortNot(int[] array) {
        quickNot(array);
    }

    private static void quickNot(int[] array) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        int pio = partitionK(array, left, right);
        //pio左边
        if (pio > left + 1) {
            stack.push(left);
            stack.push(pio - 1);
        }
        //pio右边
        if (pio < right - 1) {
            stack.push(pio + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            //继续划分
            pio = partitionK(array, left, right);

            //pio左边
            if (pio > left + 1) {
                stack.push(left);
                stack.push(pio - 1);
            }
            //pio右边
            if (pio < right - 1) {
                stack.push(pio + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }

    /**
     * 6. 冒泡排序
     * 时间复杂度:O(n^2),优化之后是O(n)
     * 空间复杂度:O(1)
     * 稳定性: 稳定
     */

    public static void BubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            for (int j = i; j < array.length - i - 1; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                }
            }
        }
    }

    /**
     * 优化后
     *
     * @param array
     */
    public static void BubbleSort2(int[] array) {
        boolean flg = false;
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            for (int j = i; j < array.length - i - 1; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    swap(array, j, j + 1);
                    flg = true;
                }
            }
            if (!flg) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 7.归并排序
     * 时间复杂度:O(n * log n)
     * 空间复杂度:O(n)
     * 稳定性:稳定
     *
     * @param array
     */
    public static void MergeSort(int[] array) {
        mergeSortFun(array, 0, array.length - 1);
    }

    private static void mergeSortFun(int[] array, int left, int right) {
        //递归
        if (left >= right) {
            return;
        }
        int mid = (left + right) / 2;
        //分解
        mergeSortFun(array, left, mid);
        mergeSortFun(array, mid + 1, right);
        //合并
        merge(array, left, mid, right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left,
                              int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right - left + 1];//开辟新的数组
        int k = 0;//遍历新的数组
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid + 1;
        int e2 = right;

        while (s1 <= e1 && s2 <= e2) {
            if (array[s1] <= array[s2]) {
                tmp[k++] = array[s1++];
            } else {
                tmp[k++] = array[s2++];
            }
        }
        while (s1 <= e1) {
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while (s2 <= e2) {
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        //tmp数组中所有的元素都有序了

        //然后把tmp数组拷贝到array数组
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            array[i + left] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 非递归实现归并排序
     *
     * @param array
     */
    public static void MergeSortNot(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + 2 * gap) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                int right = mid + gap;
                merge(array, left, mid, right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }

    /**
     * 交换x下标与y下标的两个元素
     *
     * @param array
     * @param x
     * @param y
     */
    private static void swap(int[] array, int x, int y) {
        int tmp = array[x];
        array[x] = array[y];
        array[y] = tmp;
    }
}
